资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单调扭矩作用下钢筋混凝土受扭行为分析,结构工程,蒋昌锋,06111183,0,引言,压、弯、剪、扭构件的抗扭性能受到材料,(,包括钢筋和混凝土,),性能、配筋强度比、截面尺寸、加载方式等多种因素的影响。,另由试验观察到，初始裂缝一般开始于剪应力相加面的中部，它的产生是由于扭矩和剪力产生的剪应力和轴压力产生的轴压应力相叠加形成的主拉应力达到混凝土的极限抗拉强度而造成的，因此，构件的开裂扭矩与轴压比、相对偏心距均有关系。,以下主要讨论这两种参数的变化对构件开裂扭矩的影响。,由于本试验所做试件是分三批浇注的，混凝土的强度略有不同，因此，对开裂扭矩的衡量采用无量纲参数,T/,f,t,W,t,表示，其中,f,t,W,t,为素混凝土扭矩。,1,相对偏心距对开裂扭矩的影响,图,1,给出了无量纲开裂扭矩,T,cr,/f,t,W,t,与相对偏心距,e,0,/h,0,的关系。,从图中可以看出,:,在同一轴压比的条件下，试件的开裂扭矩随相对偏心距的增大而降低。,其原因为,:,相对偏心距是由剪力产生的，相对偏心距的增加也就意味着所施加的剪力增加，而剪力对混凝土初始裂缝的产生起促进作用，即,:,剪力的增加使剪应力和轴压应力叠加形成的主拉应力增大，从而较快的达到了混凝土的抗拉强度，使初始裂缝更早的出现，也就降低了开裂扭矩。,图,1,：无量纲开裂扭矩与相对偏心矩的关系,2,轴压比对开裂扭矩的影响,图,2,给出了无量纲开裂扭矩,T,cr,/f,t,W,t,与轴压比,e,0,/h,0,的关系。,从图中可以看出,:,在偏心距相同时，随着轴压比由,0.2,增大到,0.4,，试件的开裂扭矩逐渐增加。,其原因为,:,轴压比的增大是由轴压力的增大引起的，而轴压力对混凝土初始裂缝的产生起抑制作用，即,:,轴压力的增加使剪应力和轴压应力叠加形成的主拉应力减小，从而推迟了初始裂缝的出现，也就提高了开裂扭矩。,图,2,：无量纲开裂扭矩与轴压比的关系,3,初始刚度,定义初始刚度与普通混凝土相同，为构件即将开裂时扭矩和相应扭转角的比值。,图,3,一定的轴压比下，构件的初始刚度和相对偏心距的关系。,从图中可以可出,:,在轴压比相同时，初始刚度随相对偏心距的增加而降低。,图,4,为一定的相对偏心距下，构件的初始刚度和轴压比的关系。,从图中可以可出,:,在相对偏心距相同时，初始刚度随轴压比的增加而增加，但是，增加的幅度略有不同，在,0.3/f,c,0.4,时初始刚度的增加幅度比,0.2/f,c,0.3,时初始刚度增加的幅度要大。,图,3,：初始刚度与轴压比的关系,图,4,：初始刚度与相对偏心矩的关系,4,延性分析,结构、构件或截面的延性是指它们进入破坏阶段以后，在承载能力没有显著下降的情况下承受变形的能力。也就是说，延性反映的是它们后期变形的能力。本文的“后期”是指从钢筋屈服进入破坏阶段直到下降段中下降到最大承载能力的,85%,时的整个过程。构件的,P-,曲线扭矩一转角曲线上屈服扭矩,T,y,所对应的扭矩叫做屈服扭角,y,，极限扭矩对应的扭转角,u,叫做极限扭转角，延性系数定义为极限扭转角和屈服扭转角的比值，即用延性系数,u,/,y,作为扭转延性指标。延性差的构件在达到其最大承载能力后会突然脆性破坏，这是要避免的。因此，在工程设计中，对结构和构件除了要它们满足承载能力的要求以外，还要求它们具有一定的延性。,图,5,为轴压比一定时，构件延性和相对偏心距的关系。,从图中可以看出，在一定轴压比下，延性随相对偏心距的增加呈降低趋势，图中各条曲线的斜率不同，反映了不同的轴压比对构件延性的影响程度不同。可以看出，轴压比为,0.3,时影响程度最大。,分析原因,:,大相对偏心距意味着构件所受的弯矩和剪力较大，剪力的增大使箍筋在抵抗扭矩前就受到削弱，影响其约束混凝土横向变形的能力，使延性降低,:,另外，弯矩的增大使受压区混凝土较早的达到极限压应变而降低延性。,图,6,为相对偏心距一定时，构件延性和轴压比的关系。,从图中可以看出，在轴压比较低时二者的规律不是很明显,;,当轴压比较大，,/f,c,0.3,时，随轴压比的增加延性降低。,原因分析，随轴压比的增大，混凝土受压区高度也显著增大，构件破坏从受拉纵筋屈服开始转为从混凝土受压区破坏开始，即由大偏心受压破坏转为小偏心受压破坏，因而伸构件延性大为降低。,图,5,：延性与相对偏心矩的关系,图,6,：延性与轴压比的关系,5,最大扭矩,定义最大扭矩为扭矩一转角曲线的峰值点所对应 的扭矩值。,图,7,反映的是不同轴压比下，最大扭矩和相对偏心角的关系。,可以看出,:,随着偏心距的增加最大扭矩呈降低趋势。,其原因为,:,相对偏心距的增加意味着剪力和弯矩的增加，而弯矩和剪力都是影响构件破坏的不利因素，削弱了构件的受扭性能，降低了构件的最大扭矩。,图,8,反映的是不同相对偏心距下，最大扭矩和轴压比的关系。可以看出,:,随着轴压比的增加最大扭矩也增加。,其原因为,:,轴压力的作用相当于部分纵筋的作用，可以在一定程度上抵抗扭矩产生的拉力，提高了构件的受扭性能，也就增大了构件的最大扭矩。,图,7,中，虚线为本试验所做的偏心角,=45,的情况，而单向压、弯、剪、扭试件的偏心角可看成,=0,，可以看出，在相同的轴压比、相同的偏心距的情况下，偏心角,=45,时的最大扭矩比偏心角,=0,的最大扭矩略有降低。,这是因为在此位置时，斜向偏心距最大，也就是说斜向偏心弯矩较大，且内部的抗弯能力较小，导致抗扭能力受到影响而降低。,图,7,：最大扭矩和相对偏心矩的关系,图,8,：最大扭矩和轴压比的关系,6,扭矩一扭角关系曲线,图,9,和图,10,为实测的各试件的扭矩一转角关系曲线。从图中可以看出，在扭矩较小时，扭矩一转角曲线为直线，且斜率较大，表示初始抗扭刚度较大。,当扭矩稍大并接近开裂扭矩,时，扭矩一转角曲线偏离了原直线，构件刚度下降。在裂缝出现瞬间，钢筋应力特别是扭转角开始显著增大。开裂扭矩后，部分混凝土退出工作，此时，裂缝出现前构件受力的平衡状态被打破，具有裂缝的棍凝土和钢筋共同组成一个新的受力体系以抵抗外扭矩，并获得新的平衡。,随着裂缝的不断扩展、延伸和新裂缝的出现，构件的抗扭刚度有较大的降低。此后的扭矩一转角曲线发展走向随着轴压比和相对偏心距的不同而不同。,曲线在达到最高点以后，扭角变形很快变大，斜裂缝变宽、贯通，钢筋应变较快的增加，截面受到更大的削弱，承载力衰退，扭矩一转角曲线进入下降段。,图,9,的,A.B.C,图分别为轴压比,/f,c,=0.2,0.3,0.4,时不同偏心距的三组扭矩一转角曲线。,对比三组曲线可以看出规律,:,轴压比一定，随着偏心距的增加，构件的初始刚度、最大扭矩、延性均降低。,图,9,：轴压比一定偏心距不同的扭矩一转角曲线,图,10,的,A,B.C,图分别为偏心距,e,0,/h,0,=0.2,0.3,0.4,时不同轴压比的三组扭矩一转角曲线,对比三组曲线可以看出规律,:,偏心距一定，随着轴压比的增加，构件的初始刚度、最大扭矩均增大。,图,10,：偏心距一定轴压比不同的扭矩一转角曲线,7,小结,（,1,）试件的开裂扭矩随相对偏心距的增大而 降低，随轴压比的增加而逐渐增大。,（,2,）试件的初始刚度随相对偏心距的增加而降低，初始刚度随轴压比的增加而增加。,（,3,）延性随相对偏心距的增加呈降低趋势，随轴压比的增加延性降低。,（,4,）随着偏心距的增加最大扭矩呈降低趋势，随着轴压比的增加最大扭矩也增加。,参考文献,1,惠卓,.,钢筋混凝土压弯剪扭构件受扭性能研究。西安建筑科技大学硕士论文，,1993,2,H.Ramirez,and,J.O.Jirsa.Effect,of Axial Load on Shear Behavior of Short RC Columns under Cyclic Lateral Deformations.,Pmfsel,Report N0.80-I.June 1980,3,赵嘉康，张连德,.,卫云亭,.,钢筋混凝土压、弯、剪、扭构件受扭性能的研究,.,土木工程学报，,1993(I),4,张连德，陈为滢,.,卫云亭,.,低周反复扭矩作用下钢筋混凝土双向偏压构件抗扭性能的研究。土木工程学报，,1993,（,2,）,5,林咏梅，周小真，张连德,.,钢筋混凝土双向压弯剪构件在单调扭矩作用下抗扭性能的研究。建筑结构学报，,1996,（,2,）,6,Nasr-Eddine,Koutchoukali,and,Abdeldjetil,Belarbi,.Torsion of High-Strength Reinforced Concrete Beams and Minimum Reinforcement Requirement.ACI structural journal/American concrete institute,2001,98(4),7 Arthur,H.Nilson.Design,of Concrete Structures.International Editions 1997,8 Thomas,TC.Hsu.Torsion,of Reinforced Concrete,1984,9,过镇海,.,钢筋混凝土原理。清华大学出版社，,2001,10,秦卫红，惠卓,.,压弯剪反复扭构件的试验研究。东南大学 学报，,1997(3),
展开阅读全文